JP2008197378A - 色消しレンズ系、光学装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】正の屈折力を有する樹脂レンズL11と負の屈折力を有する樹脂レンズL12とを接合してなる全体として正の屈折力を有する接合樹脂レンズと、密着複層型回折光学素子L11Eとを有しており、回折光学素子L11Eは、前記接合樹脂レンズよりも像側に配置されており、回折光学素子L11Eは、異なる光学材料からなる2つの回折素子要素DE11,DE12を接合して構成されており、その接合面は回折格子溝が形成された回折光学面Gfであることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
正の屈折力を有する樹脂レンズと負の屈折力を有する樹脂レンズとを接合してなる全体として正の屈折力を有する接合樹脂レンズと、前記接合樹脂レンズよりも像側に配置された密着複層型回折光学素子とを有してなることを特徴とする色消しレンズ系を提供する。
上記色消しレンズ系を備えていることを特徴とする光学装置を提供する。
本発明の色消しレンズ系は、正の屈折力を有する樹脂レンズと負の屈折力を有する樹脂レンズとを接合してなる全体として正の屈折力を有する接合樹脂レンズと、回折光学素子とを有しており、前記回折光学素子は、前記接合樹脂レンズよりも像側に配置されており、前記回折光学素子は、異なる光学材料からなる2つの回折素子要素を接合して構成されており、その接合面は回折格子溝が形成された回折光学面であることを特徴とする。
以上のように本発明の色消しレンズ系は、接合樹脂レンズと密着複層型回折光学素子を用いることで、軽量かつ製造が容易で、色収差と同時に球面収差を良好に補正することが可能となる。
(1) 1.9≦N/D≦15
但し、
N:前記回折光学素子における前記回折光学面の前記回折格子溝の溝の数(本)
D:前記回折光学素子における前記回折光学面の有効半径(mm)
条件式(1)の下限値を下回ると、軸上色収差はd線(波長λ=587.562nm)とg線を色消しした際に、C線とF線(波長λ=486.133nm)で色消し不足となる(2次スペクトル)。このため、白色MTF(Modulation Transfer Function)が低下し、本発明の色消しレンズ系において良好な結像性能を得ることができなくなってしまう。
一方、条件式(1)の上限値を上回ると、軸上色収差はd線とg線を色消しした際に、C線とF線で色消し過剰となる(2次スペクトル)。このため、白色MTFが低下し、本発明の色消しレンズ系において良好な結像性能を得ることができなくなってしまう。
(2) 0.2≦|R/f|≦1.8
但し、
R:前記接合樹脂レンズの接合面の曲率半径
f:前記色消しレンズ系の焦点距離
条件式(2)の下限値を下回ると、軸上色収差はd線とg線を色消しした際に、C線とF線で色消し不足となる(2次スペクトル)。このため、白色MTFが低下し、本発明の色消しレンズ系において良好な結像性能を得ることができなくなってしまう。
一方、条件式(2)の上限値を上回ると、軸上色収差はd線とg線を色消しした際に、C線とF線で色消し過剰となる(2次スペクトル)。このため、白色MTFが低下し、本発明の色消しレンズ系において良好な結像性能を得ることができなくなってしまう。
これにより、本発明の色消しレンズ系は、色収差と同時に、球面収差をより良好に補正することができる。
これにより、量産性を高めることができる。より詳しくは、回折素子要素として樹脂と紫外線硬化樹脂を用いて本発明の回折光学素子を製造する場合、回折格子溝が形成された金型を用いて成形(射出成形等)、若しくは切削研磨によって回折格子面を前記樹脂に形成した後、この回折格子面に紫外線硬化樹脂を滴下し紫外線を照射して硬化させる方法を採用できる。この方法を採用することにより、2つの回折素子要素に対して回折格子面を別々に形成し、さらにこれらの位置合わせを行うという作業が不要になるため、量産性を高めることができる。
(3) nd1≦1.54
(4) 0.0145≦nF1−nC1
(5) 1.55≦nd2
(6) nF2−nC2≦0.013
但し、
nd1:前記回折光学素子中の前記2つの回折素子要素のうち、屈折率が低くアッベ数が小さい方の前記回折素子要素の材料のd線(波長λ=587.562nm)に対する屈折率
nF1:前記回折光学素子中の前記2つの回折素子要素のうち、屈折率が低くアッベ数が小さい方の前記回折素子要素の材料のF線(波長λ=486.133nm)に対する屈折数
nC1:前記回折光学素子中の前記2つの回折素子要素のうち、屈折率が低くアッベ数が小さい方の前記回折素子要素の材料のC線(波長λ=656.273nm)に対する屈折率
nd2:前記回折光学素子中の前記2つの回折素子要素のうち、屈折率が高くアッベ数が大きい方の前記回折素子要素の材料のd線(波長λ=587.562nm)に対する屈折率
nF2:前記回折光学素子中の前記2つの回折素子要素のうち、屈折率が高くアッベ数が大きい方の前記回折素子要素の材料のF線(波長λ=486.133nm)に対する屈折数
nC2:前記回折光学素子中の前記2つの回折素子要素のうち、屈折率が高くアッベ数が大きい方の前記回折素子要素の材料のC線(波長λ=656.273nm)に対する屈折率
本発明の色消しレンズ系はこれらの条件式を満足することで、より良い性能で、異なる紫外線硬化樹脂からなる2つの回折素子要素を密着接合させて回折光学面を形成することができ、これによりg線からC線までの広波長域において90%以上の回折効率を実現することができる。なお、このような光学材料としての樹脂は、例えば特願2004−367607号公報、特願2005−237573号公報に記載されている。
ηmをm次回折光の回折効率とすると、
ηm={(sin(a−m)π)/((a−m)π)}2
但し、
a={(n1−1)d−(n2−1)d}/λ
m :回折次数
d :回折格子高
n1:回折格子面(回折光学面)を形成する一方の材料の屈折率
n2:回折格子面(回折光学面)を形成する他方の材料の屈折率
λ :波長
これにより、軽量かつ製造が容易で、色収差と同時に球面収差を良好に補正可能な光学装置を実現することができる。
(第1実施例)
図1は、本発明の第1実施例に係る色消しレンズ系を備えたレンズ系の構成を示す図である。
図1に示すように、本実施例に係る色消しレンズ系Lを備えたレンズ系OLは、光軸に沿って物体側から順に、色消しレンズ系Lと、光軸方向へ移動させて像面位置の微調整を行うための平凹レンズLFと、正立化プリズムL13と、正立化プリズムL14とからなる。なお、本レンズ系OLは、正立化プリズムL13及び正立化プリズムL14によって光路が折り曲がった構成であるが、図1には展開して示されている。
[全体諸元]において、fは焦点距離(mm)、FNOはFナンバーをそれぞれ示す。
[レンズデータ]において、面番号は物体側から数えた光学面の順番、rは光学面の曲率半径(mm)(光学面が非球面である場合には基準球面の曲率半径)、dは光学面どうしの間隔(mm)、νdはd線に対するアッベ数、n(d)はd線に対する屈折率をそれぞれ示す。なお、曲率半径∞は平面を示す。
Z(y)=(y2/r)/[1+{1−(1+κ)(y2/r2)}1/2]
+C2y2+C4y4+C6y6+C8y8+C10y10 ・・・・・(A)
R =1/{(1/r)+2C2} ・・・・・(B)
但し、yは光軸に垂直な高さ(入射高)、Z(y)を非球面の頂点における接平面から高さyにおける非球面上の位置までの光軸に沿った距離(非球面量又はサグ量)、rを基準球面の曲率半径、Rを近軸曲率半径、κを円錐係数、C2,C4,C6,C8,C10を2,4,6,8,10次の非球面係数とする。なお、「E-n」は「×10−n」を示し、例えば「1.234E-05」は「1.234×10−5」を示す。
波長(nm) 屈折率
d線 587.562 10001.0000
g線 435.835 7418.6853
C線 656.273 11170.4255
F線 486.133 8274.7311
なお、以上に述べた各表の説明は、後述する各実施例においても同様である。
[全体諸元]
f = 108.0
FNO= 4.3
[レンズデータ]
面番号 r d νd n(d)
1 51.21629 5.0 56.21 1.524440
2 -68.51573 2.0 30.3 1.582760
3 -501.48633 27.3 1.000000
4 ∞ 0.5 50.2 1.527600
5 ∞ 0.0 -3.45 n1
6 ∞ 0.5 34.7 1.556900
7 ∞ 2.0 64.2 1.516800
8 217.30742 14.2 1.000000
9 ∞ 30.0 56.1 1.568829
10 ∞ 1.4 1.000000
11 ∞ 26.0 56.1 1.568829
12 ∞ 18.5 1.000000
[回折光学素子L11Eデータ]
第5面
n(d)= 10001.0000 = n1 n(g)= 7418.6853
n(C)= 11170.4255 n(F)= 8274.73111
回折光学面Gfの回折格子溝の数 = 22
回折光学面Gfの有効半径 = 8.5
[樹脂屈折率]
nC nd nF
低屈折率 1.523300 1.527600 1.538500
高屈折率 1.553700 1.556900 1.564800
[非球面データ]
第3面
κ = 0.0000 C2 = 0.00000E+00
C4 = 0.303243E-06 C6 = 0.00000E+00
C8 = 0.00000E+00 C10 = 0.00000E+00
第6面
κ = 0.0000 C2 = -2.03038E-08
C4 = 0.311380E-10 C6 = 0.00000E+00
C8 = 0.00000E+00 C10 = 0.00000E+00
[条件式対応値]
(1)N/D= 2.59
(2)|R/f|= 0.634
(3)nd1= 1.527600
(4)nF1−nC1= 0.0152
(5)nd2= 1.556900
(6)nF2−nC2= 0.011
ここで、球面収差図において、dはd線、gはg線、CはC線、FはF線における収差をそれぞれ示す。また非点収差図において、実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面をそれぞれ示す。なお、以上に述べた収差図の説明は、後述する各実施例においても同様である。
諸収差図と30本/mmのときのMTF値が0.855であることから、本実施例に係る色消しレンズ系を備えたレンズ系は、諸収差、特に軸上色収差と同時に球面収差を良好に補正し、優れた結像性能を備えていることがわかる。
なお、本実施例において回折光学素子L11Eは、平凹レンズLFの物体側面に形成されているが、これに限られるものでなく、平凹レンズLFの像側レンズ面に形成してもよい。
図3は、本発明の第2実施例に係る色消しレンズ系を備えたレンズ系の構成を示す図である。
図3に示すように、本実施例に係る色消しレンズ系Lを備えたレンズ系OLは、光軸に沿って物体側から順に、色消しレンズ系Lと、正立化プリズムL23と、正立化プリズムL24とからなる。なお、本レンズ系OLは、正立化プリズムL23及び正立化プリズムL24によって光路が折り曲がった構成であるが、図3には展開して示されている。
以下の表3に、本実施例に係る色消しレンズ系Lを備えたレンズ系OLの諸元の値を掲げる。
[全体諸元]
f = 108.0
FNO= 4.3
[レンズデータ]
面番号 r d νd n(d)
1 58.44545 5.0 56.2 1.532700
2 -101.4265 2.0 25.6 1.613270
3 -856.386 48.7 1.000000
4 ∞ 0.4 50.2 1.527600
5 ∞ 0.0 -3.45 n1
6 ∞ 0.4 34.7 1.556900
7 ∞ 30.0 56.1 1.568829
8 ∞ 1.4 1.000000
9 ∞ 26.0 56.1 1.568829
10 ∞ 18.5 1.000000
[回折光学素子L21Eデータ]
第5面
n(d)= 10001.0000 = n1 n(g)= 7418.6853
n(C)= 11170.4255 n(F)= 8274.73111
回折光学面Gfの回折格子溝の数 = 16
回折光学面Gfの有効半径 = 6.6
[樹脂屈折率]
nC nd nF
低屈折率 1.523300 1.527600 1.538500
高屈折率 1.553700 1.556900 1.564800
[非球面データ]
第3面
κ = 0.0000 C2 = 0.00000E+00
C4 = 0.30677E-06 C6 = 0.00000E+00
C8 = 0.00000E+00 C10 = 0.00000E+00
第6面
κ = 0.0000 C2 = -2.24401E-08
C4 = 0.40746E-11 C6 = 0.00000E+00
C8 = 0.00000E+00 C10 = 0.00000E+00
[条件式対応値]
(1)N/D= 2.42
(2)|R/f|= 0.939
(3)nd1= 1.527600
(4)nF1−nC1= 0.0152
(5)nd2= 1.556900
(6)nF2−nC2= 0.011
諸収差図と30本/mmのときのMTF値が0.841であることから、本実施例に係る色消しレンズ系を備えたレンズ系は、諸収差、特に軸上色収差を良好に補正し、優れた結像性能を備えていることがわかる。
なお、本実施例において回折光学素子L21Eは、正立化プリズムL23の物体側面に形成されているが、これに限られるものでなく、正立化プリズムL23の像側面に形成してもよい。
図5は、本発明の第3実施例に係る色消しレンズ系を備えたレンズ系の構成を示す図である。
図5に示すように、本実施例に係る色消しレンズ系Lを備えたレンズ系OLは、光軸に沿って物体側から順に、色消しレンズ系Lと、正立化プリズムL33と、正立化プリズムL34とからなる。なお、本レンズ系OLは、正立化プリズムL33及び正立化プリズムL34によって光路が折り曲がった構成であるが、図5には展開して示されている。
以下の表4に、本実施例に係る色消しレンズ系Lを備えたレンズ系OLの諸元の値を掲げる。
[全体諸元]
f = 108.0
FNO= 4.3
[レンズデータ]
面番号 r d νd n(d)
1 54.487 5.0 56.2 1.532700
2 -128.4389 2.0 25.6 1.613270
3 1111.58221 53.3 1.000000
4 ∞ 30.0 56.1 1.568829
5 ∞ 1.4 1.000000
6 ∞ 26.0 56.1 1.568829
7 ∞ 0.4 34.7 1.556900
8 ∞ 0.0 -3.45 n1
9 ∞ 0.4 50.2 1.527600
10 ∞ 18.5 1.000000
[回折光学素子L31Eデータ]
第8面
n(d)= 10001.0000 = n1 n(g)= 7418.6853
n(C)= 11170.4255 n(F)= 8274.73111
回折光学面Gfの回折格子溝の数 = 72
回折光学面Gfの有効半径 = 5.2
[樹脂屈折率]
nC nd nF
低屈折率 1.523300 1.527600 1.538500
高屈折率 1.553700 1.556900 1.564800
[非球面データ]
第3面
κ = 0.0000 C2 = 0.00000E+00
C4 = 0.33137E-06 C6 = 0.00000E+00
C8 = 0.00000E+00 C10 = 0.00000E+00
第9面
κ = 0.0000 C2 = -1.78533E-07
C4 = 0.81566E-09 C6 = 0.00000E+00
C8 = 0.00000E+00 C10 = 0.00000E+00
[条件式対応値]
(1)N/D= 13.85
(2)|R/f|= 1.189
(3)nd1= 1.527600
(4)nF1−nC1= 0.0152
(5)nd2= 1.556900
(6)nF2−nC2= 0.011
諸収差図と30本/mmのときのMTF値が0.848であることから、本実施例に係る色消しレンズ系を備えたレンズ系は、諸収差、特に軸上色収差を良好に補正し、優れた結像性能を備えていることがわかる。
また、本実施例及び上記各実施例に係る色消しレンズ系は、いずれも正立化光学系として正立化プリズムを備えているが、正立化光学系の構成はこれに限られるものでなく、回折光学素子が形成されない正立化光学系については、例えば反射ミラー等のその他の光学部品を用いることもできる。
図7は、本発明の色消しレンズ系を備えた双眼鏡の構成を示す図である。
本双眼鏡20は、後述する対物レンズ21として上記第1実施例に係る色消しレンズ系を備えた双眼鏡である。
また、以上、本発明の色消しレンズ系を備えた光学装置の一例として双眼鏡を示したが、光学装置はこれに限られず、本発明の色消しレンズ系は、望遠鏡、カメラ、顕微鏡等にも勿論適用できる。
OL 色消しレンズ系を備えたレンズ系
L11E,L21E,L31E 密着複層型回折光学素子
DE11,DE21,DE31 第1回折素子要素
DE12,DE22,DE32 第2回折素子要素
L11,L21,L31 正の屈折力を有する樹脂レンズ
L12,L22,L32 負の屈折力を有する樹脂レンズ
Gf 回折光学面
L13,L23,L33 正立化プリズム
L14,L24,L34 正立化プリズム
I 像面
Claims (7)
- 正の屈折力を有する樹脂レンズと負の屈折力を有する樹脂レンズとを接合してなる全体として正の屈折力を有する接合樹脂レンズと、前記接合樹脂レンズよりも像側に配置された密着複層型回折光学素子とを有してなることを特徴とする色消しレンズ系。
- 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項1に記載の色消しレンズ系。
1.9≦N/D≦15
但し、
N:前記回折光学素子における回折光学面の回折格子溝の溝の数(本)
D:前記回折光学素子における前記回折光学面の有効半径(mm) - 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の色消しレンズ系。
0.2≦|R/f|≦1.8
但し、
R:前記接合樹脂レンズの接合面の曲率半径
f:前記色消しレンズ系の焦点距離 - 前記色消しレンズ系は、少なくとも1つの非球面を備えていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の色消しレンズ系。
- 前記密着複層型回折光学素子を構成する2つの回折素子要素は、互いに異なり、少なくとも一方は紫外線硬化樹脂からなることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の色消しレンズ系。
- 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項から請求項5に記載の色消しレンズ系。
nd1≦1.54
0.0145≦nF1−nC1
1.55≦nd2
nF2−nC2≦0.013
但し、
nd1:前記回折光学素子中の前記2つの回折素子要素のうち、屈折率が低くアッベ数が小さい方の前記回折素子要素の材料のd線(波長λ=587.562nm)に対する屈折率
nF1:前記回折光学素子中の前記2つの回折素子要素のうち、屈折率が低くアッベ数が小さい方の前記回折素子要素の材料のF線(波長λ=486.133nm)に対する屈折数
nC1:前記回折光学素子中の前記2つの回折素子要素のうち、屈折率が低くアッベ数が小さい方の前記回折素子要素の材料のC線(波長λ=656.273nm)に対する屈折率
nd2:前記回折光学素子中の前記2つの回折素子要素のうち、屈折率が高くアッベ数が大きい方の前記回折素子要素の材料のd線(波長λ=587.562nm)に対する屈折率
nF2:前記回折光学素子中の前記2つの回折素子要素のうち、屈折率が高くアッベ数が大きい方の前記回折素子要素の材料のF線(波長λ=486.133nm)に対する屈折数
nC2:前記回折光学素子中の前記2つの回折素子要素のうち、屈折率が高くアッベ数が大きい方の前記回折素子要素の材料のC線(波長λ=656.273nm)に対する屈折率 - 請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の色消しレンズ系を備えていることを特徴とする光学装置。
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